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石墨材料的力學性能

石墨材料的力學性能 (mechanical properties of graphite materials)

在力的作用下石墨材料所表現出的各種性能,又稱為機械性能。石墨體在外力作用下發生形變,如果形變不超過彈性極限,外力卸除后形變可恢復原狀,這種性能稱為彈性,表示石墨彈性的參數有比例極限、彈性極限、彈性模量、彈性柔量、泊松比等。(見石墨晶體的彈性、多晶石墨的彈性)外力卸除后不能消失的形變,稱為殘余形變。石墨保持殘余形變的能力,稱為石墨的塑性,因而殘余形變又稱為塑性形變。表示石墨塑性的參數有屈服極限(流動極限)、延伸率、應力-應變關系等。(見多晶石墨的應力-應變性能)石墨抵抗外力的能力稱為石墨的強度。表示石墨強度的參數有抗拉強度、抗剪強度、抗彎強度和抗壓強度等。(見多晶石墨的強度)石墨抵抗裂紋擴展的能力稱為石墨的斷裂韌性,表示石墨斷裂韌性的參數有臨界應力強度因子、裂紋擴展力、裂紋開口位移等。(見石墨的斷裂韌性)石墨在一定應力下的塑性形變隨時間的延續而增大,這一過程稱為蠕變。表征蠕變的參數有蠕變應力指數、蠕變時間指數等。(見石墨的蠕變)在交變應力作用下,石墨體內部的能量損耗,稱為內耗。表征內耗的參數有內耗峰,共振曲線的半峰寬度等。(見炭質材料和石墨材料的內耗)石墨對外界物體侵入的局部抵抗能力,稱為硬度,是比較石墨材料軟硬的指標。由于規定了不同的測試方法,所以有不同的硬度指標。對石墨材料來說,總的可分為壓入硬度和回跳硬度兩類。各種硬度的力學含義不同,互相不能直接換算,但可通過試驗加以對比。壓人硬度是用一定的載荷,將規定的具有一定形狀和尺寸的特制壓頭,壓入被測試件,以試件表面局部塑性形變的大小,來計算試件的硬度。由于壓頭、載荷及壓入持續時間的不同,壓入硬度有多種,如布氏硬度、洛氏硬度、努普硬度、維氏硬度等。(見硬度測試方法)回跳硬度是用特制的小球或小錘從一定高度自由下落,沖擊被測試件,并以試件在沖擊過程中儲存應變能的多少來表征硬度的大小,而應變能的大小則用小錘回跳的高度來確定。

力學性能的測定值,一般分散性較大。同一試樣要測定多達數十次,同一牌號的石墨,要選取多批試件,進行多次測定才能得到具有代表性的數據。這點十分重要。只測定幾次或僅取幾個試樣進行測定,這樣得到的數據,一般可靠性不高。以密度高達1.93g/cm3的高密模壓石墨為例,每一力學性能的測定均在500次以上,大量實測數據的統計分析結果見下表。

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